KR20170140920A - Reverse osmosis membrane apparatus for energy saving and water treating method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 역삼투 멤브레인 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에너지 절약을 할 수 있는 역삼투 멤브레인 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reverse osmosis membrane device and a water treatment method using the reverse osmosis membrane device, and more particularly, to a reverse osmosis membrane device capable of energy saving and a water treatment method using the reverse osmosis membrane device.
해수담수화 기술은 전세계적인 물 부족 문제를 해결하고 대체수자원 확보기술을 제공할 수 있으며, 고부가가치창출이 가능한 대표적인 기술분야로, 국내 물부족 지역에 대해 대체 수자원 제공의 해결 방안으로 제안되어 왔고, 특히, 환경문제의 논란이 야기되고 있는 댐 공사를 통한 수자원 확보 방안을 대체함으로써 비용절감 및 환경적 문제를 개선할 수 있는 장점을 가지고 있다.Seawater desalination technology has been proposed as a solution to providing alternative water resources to domestic water-scarce areas, which is a representative technology field that can solve the global water shortage problem, provide alternative water resources securing technology, and generate high added value. , It has the advantage of reducing costs and improving environmental problems by replacing water conservation measures through dam construction, which is controversial for environmental problems.
해수담수화 방법은 크게 증발법과 역삼투법으로 구분할 수 있는데, 역삼투법이 증발법에 비하여 단위 부피의 물을 생산하기 위한 에너지 필요량이 상대적으로 작기 때문에 역삼투법이 널리 사용되고 있다. 역삼투법은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 역삼투 멤브레인(역삼투막, Reverse-Osmosis Memnrane)을 사용하여 생산수와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하게 된다.The seawater desalination method can be largely divided into the evaporation method and the reverse osmosis method, and the reverse osmosis method is widely used because the reverse osmosis method requires a relatively small amount of energy to produce a unit volume of water as compared with the evaporation method. The reverse osmosis method separates the components contained in seawater or sea water into product water and concentrated water using a reverse osmosis membrane (reverse osmosis membrane) (reverse osmosis membrane). The product water is used as water and drinking water by diluting the component concentration, Is discharged to the sea again.
역삼투막(이하, RO(Reverse Osmosis)막이라고도 함)을 사용한 해수담수화 혹은 탈염처리 장치는, 역삼투압을 이용하기 때문에, 도 1에 제시된 바와 같이, 원통형으로 구성된 압력용기(100)내에 복수의 RO막 엘리먼트(101)를 직렬로 배치하여, RO막 엘리먼트(101)의 중앙에 있는 집수 배관(102)으로 각 RO막 엘리먼트(101)가 접속되어 있다.The seawater desalination or desalination apparatus using a reverse osmosis membrane (hereinafter also referred to as RO (Reverse Osmosis) membrane) uses reverse osmosis pressure, and therefore, as shown in FIG. 1, a plurality of RO membranes The
공급수 혹은 피처리수는 탈염처리 장치의 한쪽으로부터 고압 펌프(104)에 의해 공급되어 농축수 측에 설치된 밸브(103)의 개폐에 의해서, 압력용기(100)의 내부를 가압하게 된다. 이렇게 가압된 압력이 공급수의 삼투압을 넘을 경우에, 공급수 혹은 피처리수가 RO막을 투과하여 중앙의 집수 배관(102)에 탈염수(투과물)가 흘러들어간다.The supply water or the water to be treated is pressurized inside the
압력용기(100) 내로 공급된 공급수는, 공급수 측으로부터 투과가 진행됨에 따라 염농도는 점점 높아지고 압력은 낮아지게 되므로, 압력용기(100)내에 가해지는 압력은 최종 배출수(혹은 처리수)의 염농도와 투과 수량, 막면의 공급 유속 등에 의해서 결정되는 것이 일반적이다.The supply pressure of the supply water supplied into the
따라서, 압력용기(100) 내의 공급수 측은 필요 이상으로 압력이 가해지기 때문에, 투과 수량이 증가하게 된다. 예를 들면, 도 2와 같이 RO막 엘리먼트(101a)를 7개 직렬로 배치한 경우의 RO막 엘리먼트의 위치와 상대적 플럭스(Relative Flux)의 관계를 도 3에 나타내었으며, x축의 엘리먼트 위치는 공급수 측에서부터의 RO막 엘리먼트 위치를 의미한다.Therefore, since the pressure is applied to the water supply side in the
도 3에서 확인할 수 있듯이, 공급수 측의 투과수량이 많고, RO막에 의한 여과가 계속되어 농축이 진행됨에 따라, 투과 수량이 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 피처리수가 압력용기(100) 내에서 RO막에 의한 처리가 진행됨에 따라 농축수의 염농도가 높아지게 되고, 고농도의 농축수 측에서는 RO막에 의한 여과가 이루어지기 위해서는 높은 압력이 필요하게 되지만, 공급수 측에도 같은 압력이 가해지고 있기 때문에, 공급수가 공급되는 입구 측과 비교해서 상대적으로 RO막의 투과 유량이 감소하기 때문이다.As can be seen from FIG. 3, the permeation rate of the feed water is large, and the filtration by the RO membrane is continued and concentration is progressed. This is because the salt concentration of the concentrated water becomes higher as the treatment water is treated by the RO membrane in the
이처럼 도 2와 같이, RO막 엘리먼트가 압력용기(100) 내에서 직렬 연결되는 형태로 배치될 경우에는, 첫 번째 RO막에 유량이 집중되어 플럭스 오버(flux over)가 발생하고, 압력용기(100) 내의 투과 수량이 불균일해질 뿐만 아니라, 압력을 높여주기 위해 소요되는 에너지의 양이 증가하게 되고, 공급수 측의 RO막 엘리먼트가 보다 빠르게 오염되는 문제점이 발생하게 된다.As shown in FIG. 2, when the RO membrane elements are arranged in series in the
이러한 문제를 해결하기 위해, 도 4와 같이, 압력용기 전단의 리드 멤브레인(lead membrane) 영역에 중플럭스(middle flux) 또는 저플럭스(low flux) 역삼투막 1~3개를 혼용한 하이브리드 역삼투 멤브레인 장치가 제안되었으나, 중플럭스(middle flux) 또는 저플럭스(low flux) 역삼투막의 혼용으로 인해 고압 펌프(High Pressure Pump)를 이용하여 피처리수에 가해주어야 하는 압력이 상대적으로 높아지게 되어 상대적으로 에너지 절약 효과가 감소 된다는 문제점이 있다. 또한, 도 5와 같이, 압력용기를 두 단계(two stage)로 나누어 첫 번째 단계의 투과 라인(permeate line)에 유량 컨트롤 밸브(flow control valve)를 설치하여 투과량을 조절하여 플럭스 오버(flux over)를 방지하는 역삼투 멤브레인 장치도 제안되었으나, 압력용기를 두 단계로 나누어 랙 사이즈(rack size) 및 파이프 연결(piping connection) 물량이 늘어나 CAPEX(Capital Expenditures)가 증가하게 된다는 문제점이 있다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 4, a hybrid reverse osmosis membrane device in which one to three middle fluxes or low flux reverse osmosis membranes are mixed in a lead membrane region at the upstream end of a pressure vessel However, due to the mixing of the middle flux or the low flux reverse osmosis membrane, the pressure to be added to the water to be treated is relatively increased by using the high pressure pump, and relatively energy saving effect Is reduced. As shown in FIG. 5, the pressure vessel is divided into two stages, and a flow control valve is installed in the permeate line of the first stage to adjust the amount of flux, A reverse osmosis membrane device has been proposed. However, the pressure vessel is divided into two stages to increase the rack size and piping connection quantity, resulting in an increase in CAPEX (Capital Expenditures).
이에, 에너지 절약을 위한 역삼투 멤브레인 장치에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, development of a reverse osmosis membrane device for energy saving is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 인터커넥터를 이용하여 압력용기 내부에서 유량 조절을 함으로써 플럭스 오버(flux over)를 방지하고, 이를 통해 에너지 절약을 할 수 있는 역삼투 멤브레인 장치 및 이를 이용한 수처리 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of controlling a flow rate in a pressure vessel by using an interconnector to prevent flux over, And a water treatment method using the same.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment.
상기 목적은, 피처리수를 처리하는 압력용기; 압력용기 내부에 구비되는 복수 개의 역삼투막 엘리먼트; 및 역삼투막 엘리먼트 사이에 구비되고, 피처리수의 유량을 제어하기 위한 인터커넥터;를 포함하는 역삼투 멤브레인 장치에 의해 달성될 수 있다.The object is achieved by a pressure vessel for treating water to be treated; A plurality of reverse osmosis membrane elements provided inside the pressure vessel; And an inter connector provided between the reverse osmosis membrane element and for controlling the flow rate of the water to be treated.
이때, 압력용기는 한 개로서, 단일 단계(single stage)로 피처리수를 처리할 수 있다.At this time, the pressure vessel is one, and the treated water can be treated in a single stage.
또한, 복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 플럭스가 1.7~2.7㎥/hr로 동일한 고플럭스(High flux) 역삼투막을 포함할 수 있고, 복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 직렬로 연결될 수 있다.The plurality of reverse osmosis membrane elements may include a high flux reverse osmosis membrane having a flux of 1.7 to 2.7
또한, 인터커넥터는 피처리수가 공급되는 입구 또는 피처리수가 배출되는 출구에 오리피스 링을 구비할 수 있다.Further, the interconnector may be provided with an orifice ring at an inlet through which the for-treatment water is supplied or an outlet through which the for-treatment water is discharged.
또한, 상기 목적은, 내부에 복수 개의 역삼투막 엘리먼트를 구비하는 압력용기에 피처리수를 공급하는 단계; 및 역삼투막 엘리먼트 사이에 구비되는 인터커넥터를 이용하여 피처리수의 유량을 제어하는 단계;를 포함하는 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법에 의해 달성될 수 있다.The object of the present invention can also be achieved by a method for treating an ozone depleted product, comprising: supplying water to be treated to a pressure vessel having a plurality of reverse osmosis membrane elements therein; And controlling the flow rate of the water to be treated by using an interconnector provided between the reverse osmosis membrane element and the water treatment method using the reverse osmosis membrane device.
이때, 압력용기는 한 개로서, 단일 단계(single stage)로 피처리수를 처리할 수 있다.At this time, the pressure vessel is one, and the treated water can be treated in a single stage.
또한, 복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 플럭스가 1.7~2.7㎥/hr로 동일한 고플럭스(High flux) 역삼투막을 포함할 수 있고, 복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 직렬로 연결될 수 있다.The plurality of reverse osmosis membrane elements may include a high flux reverse osmosis membrane having a flux of 1.7 to 2.7
또한, 인터커넥터는 피처리수가 공급되는 입구 또는 피처리수가 배출되는 출구에 오리피스 링을 구비할 수 있다.Further, the interconnector may be provided with an orifice ring at an inlet through which the for-treatment water is supplied or an outlet through which the for-treatment water is discharged.
본 발명에 따르면, 인터커넥터를 이용하여 투과량을 조절함으로써 역삼투 멤브레인 장치의 플럭스 오버(flux over)를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 절약 효과를 가진다.According to the present invention, it is possible to prevent the flux over of the reverse osmosis membrane device by controlling the amount of permeation using the interconnector, and to have an energy saving effect.
구체적으로, 중플럭스 또는 저플럭스 역삼투막을 혼용하여 쓸 필요가 없어 피처리수에 가해주어야 하는 압력을 증가시키지 않아도 되고, 압력용기를 두 단계로 나눌 필요가 없어 랙 사이즈(rack size) 및 파이프 연결(piping connection) 물량이 줄어들어 CAPEX(Capital Expenditure)를 감소시킬 수 있다.Specifically, there is no need to use a middle flux or a low flux reverse osmosis membrane in combination, and there is no need to increase the pressure to be applied to the water to be treated, and there is no need to divide the pressure vessel into two stages, piping connection can reduce capital expenditure (CAPEX).
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 역삼투막 엘리먼트가 구비된 압력용기의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 역삼투막 엘리먼트가 하나의 압력용기 내에서 직렬로 연결된 역삼투 멤브레인 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 역삼투 멤브레인 장치를 사용한 경우, 플럭스(flux)의 변화를 관찰한 그래프이다.
도 4는 일 예에 따른 종래의 하이브리드 역삼투 멤브레인 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 예에 따른 종래의 두 단계 역삼투 멤브레인 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터커넥터를 포함하는 역삼투 멤브레인 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7a는 일 예에 따른 오리피스 링(orifice ring)을 부착한 인터커넥터를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7b는 인터커넥터를 역삼투막 엘리먼트 사이에 연결하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic cross-sectional view of a pressure vessel having a reverse osmosis membrane element.
2 is a schematic illustration of a reverse osmosis membrane device in which reverse osmosis membrane elements are connected in series in one pressure vessel.
FIG. 3 is a graph showing changes in flux when the reverse osmosis membrane device of FIG. 2 is used.
4 is a schematic view of a conventional hybrid reverse osmosis membrane device according to an example.
FIG. 5 is a schematic illustration of a conventional two-stage reverse osmosis membrane device according to one example.
6 is a schematic illustration of a reverse osmosis membrane device including an interconnect according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a schematic view of an inter connector having an orifice ring according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a view schematically showing connection of an inter connector with reverse osmosis membrane elements.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are provided by way of illustration only for the purpose of more particularly illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments .
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains and, where contradictory, Will be given priority.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly illustrate the claimed invention, parts not related to the description are omitted, and like reference numerals are used for like parts throughout the specification. And, when a section is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. In addition, "part" described in the specification means one unit or block performing a specific function.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, the identification code (first, second, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, and each step does not explicitly list a specific order in the context May be performed differently from the above-described sequence. That is, each of the steps may be performed in the same order as described, or may be performed substantially concurrently or in the reverse order.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터커넥터를 포함하는 역삼투 멤브레인 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 장치는 피처리수를 처리하는 압력용기(100); 압력용기(100) 내부에 구비되는 복수 개의 역삼투막 엘리먼트(101); 및 역삼투막 엘리먼트(101) 사이에 구비되고, 피처리수의 유량을 제어하기 위한 인터커넥터(200)(interconnector);를 포함한다. 구체적으로, 원통형으로 구성된 압력용기(100) 내부에 복수 개의 역삼투막 엘리먼트(101)를 설치하고, 압력용기(100) 중앙에는 집수 배관(102)을 설치하여 각 역삼투막 엘리먼트(101)와 접속시키며, 각 엘리먼트(101) 사이에 피처리수의 유량을 제어할 수 있는 인터커넥터(200)를 구비하고, 피처리수를 공급하기 위한 고압펌프(104)를 포함한다. 피처리수는 고압펌프(104)에 의해 압력용기(100) 내부로 공급되고, 가압된 압력이 피처리수의 삼투압을 넘어서게 되는 경우, 피처리수는 역삼투막을 투과하고, 집수 배관(102)으로 탈염수(처리수)가 모이게 된다.6 is a schematic illustration of a reverse osmosis membrane device including an interconnect according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the reverse osmosis membrane device according to one embodiment of the present invention includes a
종래의 역삼투 멤브레인 장치와 같이 단일 단계(압력용기 1개)로서, 고플럭스(High Flux)를 갖는 RO막을 직렬로 연결하여 사용할 경우에는 도 2 및 도 3을 통해 알 수 있는 것처럼 투과도의 불균형 뿐만 아니라, 압력용기(100) 내에서 직렬 연결된 RO막 모듈의 피처리수 도입부(105) 쪽에 위치하는 리드 멤브레인(Lead Membrane) 영역(피처리수 도입부(105)에 인접한 1~3번 째의 역삼투막 엘리먼트)에 과도하게 많은 여과 수량이 발생(flux over)하여 막 오염(membrane fouling) 발생이 자주 일어나게 되고, 이로 인해 잦은 장치의 세척/유지 보수가 필요하며, 압력용기(100) 내의 전체 압력 유지를 위해 높은 압력이 필요하므로 운전 비용이 상승한다.As shown in FIGS. 2 and 3, when the RO membrane having a high flux is connected in series as a single step (one pressure vessel) as in the conventional reverse osmosis membrane device, the permeability irregularity The first to third reverse osmosis membrane elements adjacent to the for-treatment
이를 해결하기 위해, 도 4 또는 도 5와 같이 리드 멤브레인 영역에 고플럭스 RO막(101a) 대신 저플럭스 RO막(101b)을 사용하는 하이브리드 방식의 멤브레인 장치 또는 압력용기(100)를 두 단계(two stage)로 구성하는 멤브레인 장치가 개발되었으나, 이러한 구조 역시 에너지 절감 효과를 충분히 달성하지 못하였다. 구체적으로, 도 4와 같은 하이브리드 방식의 경우, 리드 멤브레인 영역의 막 오염 정도를 감소시킬 수 있는 장점을 갖지만, 압력용기(100)의 피처리수에 가해주어야 하는 압력이 상대적으로 높아지게 되므로, 에너지 절감 효과는 상대적으로 감소하게 되는 문제점이 발생하고, 도 5와 같이 제1 압력용기(100) 및 제2 압력용기(100')가 마련된 두 단계 방식의 경우, 제1 압력용기(100)에서 배출되는 투과수(permeated water) 배출관에 유량 조절 밸브(103)를 설치함으로써, RO막 엘리먼트(101)에 의해 1차 처리된 처리수의 배출 유량을 제어하고, 이로 인해 제1 압력용기(100) 내의 리드 멤브레인 영역의 플럭스 오버(flux over)를 방지할 수 있는 효과가 있으나, 유량 조절 밸브(103)의 작동으로 인해 제1 압력용기(100)에 도입되는 피처리수에 가해주어야 하는 압력을 높여야 하므로, 에너지 소비가 상대적으로 높아지게 되는 문제를 근본적으로 해결할 수 없다.In order to solve this problem, a hybrid type membrane device or
이에 따라, 본 발명은 종래의 역삼투 멤브레인 장치의 주요 구성(압력용기, 역삼투 멤브레인 등)을 크게 변화시키지 않으면서, 역삼투 멤브레인 장치의 플럭스 오버(flux over)를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 절약 효과를 향상시키기 위하여 인터커넥터(200)를 이용하여 투과량을 조절한다.Accordingly, the present invention can prevent the flux over of the reverse osmosis membrane device without significantly changing the main constitution (pressure vessel, reverse osmosis membrane, etc.) of the conventional reverse osmosis membrane device, In order to improve the saving effect, the amount of permeation is adjusted by using the
일 실시예에 있어서, 인터커넥터(200)는 역삼투막 엘리먼트(101) 사이에 구비되고, 피처리수의 유량을 제어하기 위한 것으로서, 유량 제어에 필요한 역압(back pressure)이 압력용기(100) 내부에서 형성될 수 있도록 한다. 인터커넥터(200)를 이용하여 유량을 제어하기 위해서는 인터커넥터(200)의 두께를 조절하거나, 인터커넥터(200)의 입구(피처리수가 공급) 또는 출구(피처리수가 배출)에 오리피스 링(201)(orifice ring)을 부착하는 방법을 사용할 수 있다. 도 7a는 일 예에 따른 오리피스 링(201)(orifice ring) 부착 인터커넥터(200)를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7b는 인터커넥터(200)를 역삼투막 엘리먼트(101) 사이에 연결하는 것을 개략적으로 나타낸 도면으로, 이를 참조하여 설명하면, 인터커넥터(200)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 윗면과 아래면은 개방되어 피처리수가 이동할 수 있다. 오리피스 링(201)은 윗면 또는 아래면에 결합되는 것으로서, 목적에 따라 다양한 크기의 오리피스 링(201)을 결합할 수 있고, 오리피스 링(201)이 결합된 인터커넥터(200)는 역삼투막 멤브레인 사이에 배치될 수 있다. The
또한, 인터커넥터(200)는 불필요한 물자 사용을 방지하고, 에너지 절감 효과를 최대로 향상시키기 위하여 리드 멤브레인 영역(도 6에서 피처리수 도입부에 인접한 1~3번째 역삼투막 엘리먼트)의 역삼투막 엘리먼트(101) 사이에만 구비하는 것이 바람직하다. 즉, 피처리수가 공급되는 피처리수 도입부(105)에 인접한 1~3번째의 역삼투막 엘리먼트(101) 사이에 구비되는 것이 바람직하다.The
일 실시예에 있어서, 압력용기(100)는 원통형으로서, 내부에 복수 개의 역삼투막 엘리먼트(101) 및 집수 배관(102)을 구비하고, 공급펌프에 의해 피처리수가 공급되는 전단부인 피처리수 도입부(105), 집수 배관(102)에 수집된 처리수가 배출되는 처리수 배출부(107) 및 농축된 피처리수가 배출되는 농축수 배출부(106)를 포함한다. 바람직하게 압력용기(100)는 한 개로서, 단일 단계(single stage)로 피처리수를 처리할 수 있다. 본 발명은 인터커넥터(200)를 이용하여 투과량을 조절함으로써 종래의 역삼투 멤브레인 장치와 같이 단일 단계로 구성하더라도 플럭스 오버(flux over)를 방지하면서도 에너지 절감효과를 가질 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에 있어서, 복수 개의 역삼투막 엘리먼트(101)는 플럭스가 1.7~2.7㎥/hr로 동일한 고플럭스(high flux) 역삼투막(101a)을 포함할 수 있고, 직렬로 연결될 수 있다. 역삼투막 엘리먼트(101)는 7개로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 목적에 따라 그 이상 또는 그 이하를 사용할 수도 있다. 일반적으로 RO 막은, 표준 Test 조건(Feed Water TDS : 32,000ppm as NaCl, Feed Pressure : 55.2 bar, Recovery Ratio : 8%)에서, 생산되는 처리수의 유량에 따라 고플럭스(high flux, 1.7~2.7㎥/hr) RO막(101a)과 중플럭스(Middle Flux, 1.4㎥/hr) RO막 및 저플럭스(low flux, 0.96~1.2㎥/hr) RO막(101b)으로 구분되는데, 상대적으로 낮은 공급 압력(feed pressure)로 생산 가능하다는 측면에서 고플럭스 RO막(101a)을 사용하는 것이 유리하다.In one embodiment, the plurality of reverse
다음으로, 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법에 대해 설명한다. 수처리 방법을 설명하는 데 있어 상술한 역삼투 멤브레인 장치를 중심으로 설명하고, 역삼투 멤브레인 장치와 관련하여 중복된 설명은 생략하도록 한다. 다만, 이는 설명의 편의상 상술한 역삼투 멤브레인 장치를 중심으로 설명하는 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.Next, a water treatment method using a reverse osmosis membrane device will be described. In describing the water treatment method, the reverse osmosis membrane device described above will be mainly described, and a redundant description related to the reverse osmosis membrane device will be omitted. However, this is for the sake of explanation only, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법은 내부에 복수 개의 역삼투막 엘리먼트를 구비하는 압력용기에 피처리수를 공급하는 단계; 및 역삼투막 엘리먼트 사이에 구비되는 인터커넥터(200)를 이용하여 피처리수의 유량을 제어하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a water treatment method using a reverse osmosis membrane device, comprising: supplying water to be treated to a pressure vessel having a plurality of reverse osmosis membrane elements therein; And controlling the flow rate of the water to be treated by using the
본 발명은 종래의 고플럭스 RO막(101a)과 저플럭스 또는 중플럭스 RO막을 혼용해서 사용하는 하이브리드 방식의 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법 또는 압력용기(100)를 두 단계로 구비하여 컨트롤 밸브로 역압을 주는 방식의 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법과 달리 역삼투막 엘리먼트 사이에 배치되는 인터커넥터(200)를 이용하여 피처리수의 유량을 제어함으로써 압력용기(100) 내부에서 역압(back pressure)을 형성함으로써 리드 멤브레인 영역의 플럭스 오버(flux over)를 방지하면서도 에너지 절감 효과를 가질 수 있다.The present invention relates to a water treatment method or a
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the structure and effect of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, this embodiment is intended to explain the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
[실시예][Example]
압력용기 내부에 고플럭스 역삼투막(XLE-440i, Filmtec)을 포함하는 역삼투막 엘리먼트 7개가 직렬로 연결되고, 첫 번째 역삼투막 엘리먼트와 두 번째 역삼투막 엘리먼트 사이, 두 번째 역삼투막 엘리먼트와 세 번째 역삼투막 엘리먼트 사이에 오리피스 링을 구비한 인터커넥터를 배치한 역삼투 멤브레인 장치를 준비하였다.In the pressure vessel, seven reverse osmosis membrane elements including a high flux reverse osmosis membrane (XLE-440i, Filmtec) are connected in series, and an orifice ring is interposed between the first reverse osmosis membrane element and the second reverse osmosis membrane element, A reverse osmosis membrane device in which an interconnect is disposed.
[비교예][Comparative Example]
압력용기 내부에 2개의 저플럭스 역삼투막(XHR-440i, Filmtec)과 5개의 고플럭스 역삼투막(XLE-440i, Filmtec)이 차례로 직렬로 연결된 역삼투 멤브레인 장치를 준비하였다.A reverse osmosis membrane device was prepared in which two low flux reverse osmosis membranes (XHR-440i, Filmtec) and five high flux reverse osmosis membranes (XLE-440i, Filmtec) were serially connected in series in the pressure vessel.
[실험예][Experimental Example]
실시예 및 비교예 각각의 역삼투 멤브레인 장치에 대하여 일부 조건(온도 및 운전 연수)을 변화시키면서 상용 RO Projection 프로그램인 Toray Design System 2.0을 사용하여 전산 모사를 수행하고, 에너지 저감 효과를 비교하였다. 그 결과는 아래의 표 1과 같다.For each of the reverse osmosis membrane devices of the Examples and Comparative Examples, computer simulation was performed using Toray Design System 2.0, which is a commercial RO Projection program, while changing some conditions (temperature and operating years), and energy reduction effects were compared. The results are shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
상기 표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 인터커넥터를 이용하여 투과량을 조절한 실시예의 경우, 하이브리드 방식인 비교예에 비해 1.6~2.4%의 전체 에너지 절감 효과를 가지게 되었다. 구체적으로, 역삼투막은 유입수의 온도와 운전 연수에 따라 플럭스와 염투과율이 달라지게 되는데, 낮은 온도에서는 낮은 플럭스와 높은 염투과율을 보이고, 높은 온도에서는 높은 플럭스와 낮은 염투과율을 보인다. 또한, 성능 계수(FF, 처음 운전 시작시 1, 5년 운전시 0.8)가 증가(운전연수가 증가)할수록 플럭스는 감소하고 염투과율은 증가하게 된다. 실시예 및 비교예의 케이스 1~4는 운전 조건의 최저/최대 온도와 운전 시작 시점/운전 제한 시점에서의 성능을 모사하여 비교한 것으로서, 각 케이스의 평균을 계산하여 연간 또는 장기 운전 성능에 대한 에너지 절감 효과를 확인할 수 있다.As can be seen from the above Table 1, in the embodiment in which the amount of permeation was adjusted by using the interconnector, the total energy saving effect was 1.6 to 2.4% as compared with the comparative example of the hybrid type. Specifically, the reverse osmosis membrane has a different flux and salt permeability depending on the temperature of the influent and the operating year. It exhibits low flux and high salt permeability at low temperature and high flux and low salt permeability at high temperature. Also, as the coefficient of performance (FF, 0.8 at 1 and 5 years operation at the start of operation) increases (the number of years of operation increases), the flux decreases and the salt permeability increases.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above embodiments and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.
100, 100' : 압력용기 101 : RO막 엘리먼트
101a : 고플럭스 RO막 101b : 저플럭스 RO막
102 : 집수 배관 103 : 밸브
104 : 고압펌프 105 : 피처리수 도입부
106 : 농축수 배출부 107 : 처리수 배출부
108 : ERD(energy recovery device) 펌프 109 : 에너지 회수 장치(ERD)
200 : 인터커넥터 201 : 오리피스 링100, 100 ': Pressure vessel 101: RO membrane element
101a: high flux RO film 101b: low flux RO film
102: collecting pipe 103: valve
104: high-pressure pump 105:
106: concentrated water discharging part 107: treated water discharging part
108: ERD (energy recovery device) pump 109: Energy recovery device (ERD)
200: Interconnector 201: Orifice ring
Claims (10)
압력용기 내부에 구비되는 복수 개의 역삼투막 엘리먼트; 및
역삼투막 엘리먼트 사이에 구비되고, 피처리수의 유량을 제어하기 위한 인터커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치.A pressure vessel for treating the for-treatment water;
A plurality of reverse osmosis membrane elements provided inside the pressure vessel; And
And an inter connector provided between the reverse osmosis membrane elements for controlling the flow rate of the water to be treated.
압력용기는 한 개로서, 단일 단계(single stage)로 피처리수를 처리하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the pressure vessel is one, and the treated water is treated in a single stage.
복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 플럭스가 1.7~2.7㎥/hr로 동일한 고플럭스(High flux) 역삼투막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of reverse osmosis membrane elements comprise a high flux reverse osmosis membrane having a flux of 1.7 to 2.7 m 3 / hr.
복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of reverse osmosis membrane elements are connected in series.
인터커넥터는 피처리수가 공급되는 입구 또는 피처리수가 배출되는 출구에 오리피스 링을 구비하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치.The method according to claim 1,
Wherein the interconnector is provided with an orifice ring at an inlet through which the for-treatment water is supplied or an outlet through which the for-treatment water is discharged.
역삼투막 엘리먼트 사이에 구비되는 인터커넥터를 이용하여 피처리수의 유량을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법.Supplying water to be treated to a pressure vessel having a plurality of reverse osmosis membrane elements therein; And
And controlling the flow rate of the water to be treated by using an interconnector provided between the reverse osmosis membrane elements.
압력용기는 한 개로서, 단일단계로 피처리수를 처리하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법.The method according to claim 6,
Wherein one of the pressure vessels is treated as a single step with the water to be treated.
복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 플럭스가 1.7~2.7㎥/hr로 동일한 고플럭스(High flux) 역삼투막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법.The method according to claim 6,
Wherein the plurality of reverse osmosis membrane elements comprise a high flux reverse osmosis membrane having a flux of 1.7 to 2.7 m 3 / hr.
복수 개의 역삼투막 엘리먼트는 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법.The method according to claim 6,
Wherein the plurality of reverse osmosis membrane elements are connected in series.
인터커넥터는 피처리수가 공급되는 입구 또는 피처리수가 배출되는 출구에 오리피스 링을 구비하는 것을 특징으로 하는, 역삼투 멤브레인 장치를 이용한 수처리 방법.The method according to claim 6,
Wherein the interconnector is provided with an orifice ring at an inlet through which the for-treatment water is supplied or an outlet through which the for-treatment water is discharged.
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